BIM技術(shù)在地面發(fā)電廠房精細化施工管理中的應用

陳猛，洋強，崔園園

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

0 引言

地面發(fā)電廠房工程具有工程體量大、結(jié)構(gòu)復雜、施工技術(shù)難度大等特點，在施工過程中難免出現(xiàn)技術(shù)交底困難，施工管理不到位的現(xiàn)象。在實際施工過程中，為保證施工進度，有多家分包商同時進場，存在各家作業(yè)隊同時施工的情況，由于作業(yè)面狹小，可能出現(xiàn)施工干擾現(xiàn)象。同時，廠房水工建筑物種類繁多，工序復雜，各工序之間既相互聯(lián)系又相互制約，工序間的協(xié)同容易出現(xiàn)問題或者不同專業(yè)之間對項目理解及溝通不暢，一旦出現(xiàn)供應方與施工需求不匹配，便會造成窩工或材料堆積過大的問題，給施工進度帶來利影響，傳統(tǒng)的簡單圖表及數(shù)字模型難以對此進行描述[1]。因此，應用BIM技術(shù)，在項目建設(shè)前期，對水工建筑物信息進行分類與整合，建立發(fā)電廠房三維信息模型，以圖片、模型以及動畫等形式，以最直觀、最科學的方式表達建筑物的各類信息及施工工序，可有效地提高施工管理效率及管理水平[2-3]。

本文針對地面發(fā)電廠房工程施工管理中的問題，簡要說明基于BIM技術(shù)可視化、參數(shù)化以及可模擬性等特點在發(fā)電廠房施工管理中的優(yōu)勢，提出基于BIM手段，提高發(fā)電廠房施工管理效率的方法，并詳細介紹BIM技術(shù)在地面發(fā)電廠房施工中技術(shù)交底、施工進度控制及優(yōu)化設(shè)計等方面的應用，以達到廠房在建設(shè)過程中快速、準確、詳細的動態(tài)管控目的，實現(xiàn)地面發(fā)電廠房在整個建設(shè)周期中精細化、可視化的管理。

1 BIM概述

建筑信息模型(Building Information Modeling，簡稱BIM)起源于美國，是喬治亞理工大學Chuck Eastman教授最早提出的“一種基于計算的建筑描述”。隨著不斷地創(chuàng)新與發(fā)展，BIM發(fā)展成一種以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，運用相關(guān)軟件集成建筑工程中各種相關(guān)信息而建成的一個工程數(shù)據(jù)模型[4]。結(jié)合一系列相互影響的機制、流程和技術(shù)，形成“一種在整個建筑工程的全生命周期中，以數(shù)字格式管理必要設(shè)施設(shè)計和項目數(shù)據(jù)的方法”，是一種以CAD技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的從2D平面設(shè)計向3D立體設(shè)計轉(zhuǎn)化的重要技術(shù)。它可以通過系統(tǒng)地將項目組件耦合在一起來確定并闡明建筑、結(jié)構(gòu)、管道與線路之間的關(guān)系[5]。

2 BIM技術(shù)在地面發(fā)電廠房施工管理的應用

BIM技術(shù)在地面發(fā)電廠房施工管理中的應用主要包括應用層及管理層兩個層次，應用層包含三維可視化技術(shù)交底、工程計量、進度管控、設(shè)計優(yōu)化等內(nèi)容，管理層主要依托應用層提供的數(shù)據(jù)信息作出決策，可有效提升工程的精細化管理程度，改善傳統(tǒng)管理模式下的痛點，實現(xiàn)工程的降本增效[6]。主要應用架構(gòu)如圖1所示。

圖1 BIM技術(shù)在施工管理中的應用架構(gòu)

2.1 應用層主要BIM應用

2.1.1 可視化技術(shù)交底

技術(shù)交底是將設(shè)計要求以及施工措施貫徹落實到基層施工人員，是施工技術(shù)管理中重要的一部分，做好技術(shù)交底，是工程順利實施的前提。發(fā)電廠房工程結(jié)構(gòu)復雜，多有異性結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的二維圖紙+文字說明的形式很難將設(shè)計師意圖表達清楚，在交底過程中，容易出現(xiàn)交底不清楚或交底錯誤的現(xiàn)象。基于BIM技術(shù)，以三維動態(tài)模型，輔助項目管理人員對作業(yè)隊進行施工交底，在交底過程中，根據(jù)整體+局部的形式，更加直觀地了解施工內(nèi)容，同時，也可加以動畫，展現(xiàn)施工內(nèi)容的先后順序及各工序之間的交接問題，可大大提高交底效率，確保工程順利實施。

2.1.2 施工進度模擬

基于BIM技術(shù)，以三維信息模型為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了進度計劃與構(gòu)成工程的部件進行動態(tài)鏈接，通過模型及三維動畫等多種形式直觀表達進度計劃和施工過程，為工程項目的不同參與方直觀了解工程項目情況提供便捷的工具。通過形象直觀、動態(tài)模擬的方式，了解施工階段過程和重要環(huán)節(jié)施工工藝，并將多種施工及工藝方案的可實施性進行比較，為最終方案優(yōu)選決策提供支持?；贐IM技術(shù)對施工進度可實現(xiàn)準確計劃、跟蹤和控制，動態(tài)地管制各種施工資源和場地，動態(tài)跟蹤工程項目的實際進度，并通過計劃進度與實際進度進行對比，及時找出項目進度出現(xiàn)的偏差，并對工期的影響程度以及產(chǎn)生的原因進行分析，制定相應措施，做好趕工計劃，實現(xiàn)對項目進度的控制，保證項目如期進行。

2.1.3 工程計量

由于廠房工程工程量大，施工工期長，過程中涉及的計量與簽證是整個施工期的重難點。在施工過程中，以月、季度等為節(jié)點，定期維護與更新模型，動態(tài)統(tǒng)計工程量計量情況，將統(tǒng)計出的工程量與設(shè)計工程量和現(xiàn)場簽發(fā)工程量相對比，提供一個完整準確的工程量數(shù)據(jù)，避免后期因計量不規(guī)范或不完整而出現(xiàn)工程款少結(jié)、漏結(jié)的現(xiàn)象，減少施工單位經(jīng)營風險。

2.1.4 設(shè)計優(yōu)化

(1)圖紙審查

地下廠房工程涉及多個專業(yè)，各專業(yè)施工圖紙繁多，可達幾千張，由于各專業(yè)圖紙獨立設(shè)計、獨立交付，不同專業(yè)缺乏相應的溝通交流，設(shè)計交付圖紙難免出現(xiàn)錯、漏或碰撞現(xiàn)象。在項目建設(shè)初期，各專業(yè)建立BIM模型并將模型進行整合，項目全過程借助BIM圖模聯(lián)動方式，實現(xiàn)圖紙交叉審核，提前發(fā)現(xiàn)圖紙設(shè)計中存在的問題并解決，減少圖紙錯誤。圖紙審查流程如圖2所示。

圖2 圖紙審查流程

(2)碰撞檢測

BIM模型的搭建，是對整個設(shè)計的一次“預演”，在模型建立的同時，也是一次完整的“三維校審”過程。在此過程中，可以發(fā)現(xiàn)大量隱藏在設(shè)計中與專業(yè)配合緊密相關(guān)的問題，或者屬于空間高度上的沖突，或者屬于不同專業(yè)間的沖突，尤其是管網(wǎng)工程，在傳統(tǒng)的二維圖紙單個專業(yè)審查過程中很難發(fā)現(xiàn)。通過BIM技術(shù)提供的碰撞檢查功能，利用Revit建立多專業(yè)三維模型，基于三維模型，可以很直觀地查看各管線之間的空間位置。同時，在Navisworks軟件中進行整合，給定碰撞條件，在軟件中進行碰撞檢查，最后將碰撞檢查結(jié)果輸出，將有沖突的位置在施工前進行整改，減少項目施工變更，降低生產(chǎn)成本，加快施工進度。

2.2 管理層主要BIM應用

站在管理者的角度使用BIM技術(shù)來輔助項目建設(shè)管理，通過應用層級反饋的信息記性分析與歸類，做好管理決策，然后對決策內(nèi)容進行全過程的跟蹤，最后對決策的結(jié)果進行反饋，主要包括質(zhì)量、進度、安全等方面。這幾項內(nèi)容既相互獨立又相互統(tǒng)一，做好施工質(zhì)量，相應地就減少了項目返工、缺陷處理的情況，節(jié)約了工期，也降低了成本?；贐IM技術(shù)，項目管理人員可有效掌控重難點及施工工序的交底工作，避免或減少出現(xiàn)因交底不徹底或工序施工錯誤而導致的工程質(zhì)量問題。針對項目進度管理反饋的進度滯后情況，依據(jù)現(xiàn)有條件，站到整個項目的角度，最大化地做好設(shè)備、材料及人員的調(diào)配，然后再將相應的措施，以BIM模型或動畫的形式反饋至應用層級。在項目實施重點部位，通過前期策劃及以往經(jīng)驗總結(jié)，找出安全重點防控部位，基于BIM+VR的形式，做好安全事故交底。

3 龍溪口航電樞紐工程地面發(fā)電廠房BIM管理的實現(xiàn)

以龍溪口航電樞紐工程地面發(fā)電廠房為例，實現(xiàn)BIM技術(shù)全過程精細化管理。面向施工全過程動態(tài)管理的要求，采用BIM技術(shù)，分層分塊建立廠房模型，基于動態(tài)更新機制，根據(jù)項目實時進展完善模型，實現(xiàn)項目重難點可視化，全過程動態(tài)仿真施工進度模擬，優(yōu)化施工設(shè)計，拓展基于BIM技術(shù)的創(chuàng)新應用，提高地面發(fā)電廠房施工管理效率。

3.1 BIM模型的建立

基于航電樞紐工程水工建筑物的設(shè)計資料，利用實體CAD技術(shù)及參數(shù)化實體建模技術(shù)，采用Revit三維建模工具，交互式創(chuàng)建水工建筑模型，包括土建、機電、設(shè)備安裝等專業(yè)，通過材質(zhì)編輯器，根據(jù)構(gòu)件屬性賦予相應材質(zhì)，完善模型信息化數(shù)據(jù)，為下一步施工技術(shù)交底、施工進度模擬及工程量計量等提供模型基礎(chǔ)。廠房模型如圖3所示。

圖3 地面發(fā)電廠房模型

3.2 基于BIM技術(shù)的可視化技術(shù)交底

3.2.1 分層分塊技術(shù)交底

地面發(fā)電廠房工程體量大，尤其是廠房底板及上下游胸墻混凝土，均為大體積混凝土施工。為保證混凝土澆筑效果，對廠房模型進行合理的分層分塊劃分，并對每塊工程量進行提取，在施工過程中，嚴格按照分層分塊原則進行廠房混凝土澆筑。具體分層分塊見圖4。

圖4 廠房分層分塊模型

3.2.2 廠房止水施工技術(shù)交底

廠房止水布置在結(jié)構(gòu)縫位置，因廠房混凝土需分層分塊澆筑，止水布置錯綜復雜，如對圖紙不熟悉，過程中很容易出錯，根據(jù)止水平面布置圖，建立三維信息模型，在施工前進行止水安裝預演，從而實現(xiàn)合理化、最優(yōu)化布置，防止出現(xiàn)返工現(xiàn)象，動態(tài)監(jiān)控總體進度，提高施工效率。在施工人員進場時，通過三維可視化交底，全過程精細化指導施工，提高現(xiàn)場施工質(zhì)量。

3.2.3 副廠房模板加工技術(shù)交底

在模板施工前，采用BIM技術(shù)建立柱體三維信息模型，通過配模功能，設(shè)置模板規(guī)格及模板配置原則，實現(xiàn)柱體模板自動生成，并輸出柱體配模圖紙，以確保模板的合理利用，減少材料損耗，同時根據(jù)模板配模模型，自動輸出模板加工平面圖。所有模板均由木工依據(jù)輸出的圖紙，在木工棚內(nèi)加工預制，現(xiàn)場實地拼裝。

3.3 基于BIM技術(shù)的圖紙審查

3.3.1 通過主體構(gòu)筑物建模深化設(shè)計深度

通過建模保證模型的準確度和深度，保證深化設(shè)計圖紙的出圖質(zhì)量和效率，利用建模軟件逆向設(shè)計，快速生成符合設(shè)計標準的用以指導施工的圖紙。

3.3.2 全專業(yè)設(shè)計協(xié)同，錯漏碰缺檢查標準及分階段報告

通過建立廠房土建三維信息模型及機電三維信息模型，在Navisworks軟件中進行整合。基于BIM軟件碰撞檢查系統(tǒng)，給定碰撞條件，在軟件中進行相關(guān)碰撞檢查、并生成碰撞檢查報告，對存在的設(shè)計錯誤、設(shè)計遺漏、未交代的內(nèi)容、圖紙內(nèi)容細節(jié)上的沖突以及圖紙不完整、缺少的部分進行檢查，及早發(fā)現(xiàn)和解決沖突和錯誤，避免人力財力的大量浪費。在本工程中，通過給定的參數(shù)進行碰撞檢測，發(fā)現(xiàn)有沖突部位390余處，通過與設(shè)計溝通，全部完成調(diào)整，大大減少后期返工工作量，減少施工成本，有效地保證了施工工期。

3.4 基于BIM的進度管理

根據(jù)施工安排，以月為單位制定廠房施工進度計劃，在每月月末根據(jù)實際進度更新模型，動態(tài)掌控施工進度完成情況，對出現(xiàn)滯后的倉位，分析未完成的原因并制定相應的趕工措施；對超前完成的倉位，合理調(diào)整下一月施工進度計劃。通過三維信息模型，可直觀地了解每月計劃倉位布置情況，分析計劃的合理性，同時通過現(xiàn)有機械設(shè)備的驗算分析，確保計劃的可行性。

3.5 基于BIM的工程量統(tǒng)計

地面發(fā)電廠房的工程量計量與簽證是影響整個項目經(jīng)營的關(guān)鍵，根據(jù)建立的三維信息模型，根據(jù)目前施工形象及擬施工計劃，自動輸出工程量，并根據(jù)輸出的工程量進行混凝土下料。

3.6 基于BIM的創(chuàng)新應用

本項目在廠房尾水流道異性模板的設(shè)計及安裝過程中，引進了基于BIM技術(shù)的“移動式手術(shù)”之后進行預制加工。

基于BIM技術(shù)，建立尾水流道三維信息模型，設(shè)計并制作尾水流道模板，為方便施工，將尾水流道模板設(shè)計為拼裝式小模板，拼裝組成，每塊模板設(shè)有編號，在安裝過程中可根據(jù)編號進行快速安裝。模板的拆分在軟件中設(shè)計，為確保設(shè)計合理性，在軟件中進行多次預拼裝試驗，確保模板設(shè)計的可行性。軟件將最終的設(shè)計結(jié)果輸出，生成模板安裝平面圖、模板加工圖、模板材料明細清單等，模型輸出的精確圖紙及材料明細，可幫助項目更好地進行材料控制，有助于及時開展材料集中采購，避免浪費，同時在安裝過程中，可根據(jù)預拼裝演示進行交底，提升模板安裝速度。

4 結(jié)語

(1)岷江龍溪口航電樞紐工程地面發(fā)電廠房工程，提出基于BIM技術(shù)的地面發(fā)電廠房全過程精細化施工管理措施。

(2)基于設(shè)計圖紙，建立廠房參數(shù)化信息模型，結(jié)合BIM可視化、參數(shù)化、可模擬性等特點，實現(xiàn)廠房異性結(jié)構(gòu)快速、準確地交底，并對廠房施工進度進行全過程可視化動態(tài)管控，提高了施工管理效率及管理水平。

(3)基于建立的BIM模型，采用逆向設(shè)計思維進行圖紙深化，同時通過模型整合，完成模型碰撞檢測，對有沖突的部位進行圖紙優(yōu)化。

(4)基于BIM技術(shù)，設(shè)計并制作了一種可快速用于廠房尾水異性流道施工的模板，通過參數(shù)化設(shè)計，多次對模板進行預拼裝，驗證模板實施的可行性，提高了尾水流道的施工效率。